基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的LED路燈遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)
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1. 系統(tǒng)方案與設(shè)計
系統(tǒng)由三大部分構(gòu)成：控制中心的監(jiān)控系統(tǒng)，負(fù)責(zé)實現(xiàn)終端控制節(jié)點(diǎn)和控制中心通信的路由節(jié)點(diǎn)，固定在路燈桿上的終端控制節(jié)點(diǎn)。無線路燈遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。
圖1.1無線路燈遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
控制中心的監(jiān)控系統(tǒng)由計算機(jī)與無線收發(fā)模塊構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)建立和管理路燈控制網(wǎng)絡(luò)，顯示路燈狀況信息和發(fā)送控制命令，協(xié)調(diào)整個路燈系統(tǒng)的運(yùn)作。路燈終端節(jié)點(diǎn)包括LED電源驅(qū)動，為大功率LED提供電力，并能根據(jù)微控制器的控制信號控制LED的工作情況；光敏傳感器、溫度傳感器，直接將LED工作狀況傳輸給控制模塊；功率檢測模塊，檢測LED功率情況、供電故障并向上報警，無線模塊，負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)。將本系統(tǒng)模型與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行對應(yīng)，不難發(fā)現(xiàn)，安置在路燈桿上的終端控制節(jié)點(diǎn)即為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)（RFD），控制中心監(jiān)控系統(tǒng)就是協(xié)調(diào)器（COORD），實現(xiàn)COORD與RFD之間無線通信的為路由轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)（ROUTER）。遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)使用ZigBee與GRPS混合組成的網(wǎng)絡(luò)。子網(wǎng)和中央控制中心使用GPRS網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)。下面具體介紹終端節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計方案。
1.1LED節(jié)點(diǎn)驅(qū)動控制設(shè)計
LED節(jié)點(diǎn)驅(qū)動方案使用UCC28810EVM，它是一款恒流非隔離式電源，適用于街道、停車場或區(qū)域范圍照明等高亮度LED照明應(yīng)用。該設(shè)計可將通用電源（90~265VRMS）轉(zhuǎn)換成0.9A恒流源，能夠驅(qū)動100W LED負(fù)載。UCC28810EVM電路如圖2.1所示。
圖2.1UCC28810EVM電路圖
此電路使用雙級設(shè)計，第一級是UCC28810的轉(zhuǎn)換模式電路，將AC電源轉(zhuǎn)換成36V的DC電源。第二級也采用UCC28811的轉(zhuǎn)換模式，將恒壓源轉(zhuǎn)換為0.9A恒流源。電路中使用的UCC28810 和UCC28811芯片是通用照明電源控制器，具有PFC（功率因數(shù)校正）功能，確保設(shè)計方案滿足各種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的諧波電流或功率因數(shù)要求。并且UCC28810/11控制器提供如電流峰值限制、復(fù)位定時器、過壓保護(hù)（OVP）和使能等特性，UCC28810/11控制器引腳如表2.1所示。
表2.1UCC28810/11控制器引腳
第一級在低負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行下，升壓跟隨器可跟蹤AC輸入的峰值電壓，實現(xiàn)更高效率。第二級將PFC輸出電壓轉(zhuǎn)換為0.9A的固定電流，以驅(qū)動LED負(fù)載。第二級不僅可接受PWM調(diào)光輸入（從外部或從板級電路均可），而且還可相應(yīng)開啟或關(guān)閉，從而實現(xiàn)LED電流的PWM調(diào)光。此方案的優(yōu)勢在于，使用了高效的專用驅(qū)動IC，電源轉(zhuǎn)化效率更高了，在低負(fù)荷線路（low-line）運(yùn)行狀態(tài)下，升壓跟隨器可跟蹤AC輸入的峰值電壓，在輸入電壓±15％的變動時，仍能保持輸出電流變動穩(wěn)定在±10％內(nèi)。
1.2狀態(tài)檢測與報警
狀態(tài)報警與檢測主要包括溫度感測和感光檢測兩部分內(nèi)容。
1.2.1溫度感測
由于大功率白光LED照明和驅(qū)動器發(fā)熱量都很大，所以需要一個溫度感測傳感器，實時監(jiān)控路燈的溫度，并向控制中心反映，如果溫度超過警戒溫度，控制器進(jìn)入報警模式，將自動關(guān)閉路燈，并向控制器發(fā)送報警命令。溫度傳感器使用DS18B20。DS18B20是DALLAS生產(chǎn)的一款數(shù)字溫度傳感器。其特點(diǎn)有：獨(dú)特的一線接口，只需要一個端口即可通信。電路無需外部元件，可用數(shù)據(jù)總線供電，也可外接VCC。工作電壓范圍廣，為3.0V～5.5V，無需備用電源。測量溫度范圍為-55°C～+125℃，在-10°C～+85°C范圍內(nèi)精度為±0.5°C。DS18B20具有工作電路簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)。DS18B20應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)電子產(chǎn)品溫度計，或任何熱敏感系統(tǒng)。
1.2.2感光檢測
系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)使用光敏電阻傳感器測量周圍環(huán)境的光亮度，當(dāng)傍晚時周圍環(huán)境還有余光時，將路燈開啟為單雙燈模式，當(dāng)晚上天全黑了以后，將路燈全部打開，當(dāng)凌晨4點(diǎn)左右出現(xiàn)晨光時將路燈調(diào)節(jié)成半功率工作模式。在陰天和沙塵暴天氣時，光敏傳感器堅持到道路能見度低，路燈也可自動打開，保證道路正常照明。本設(shè)計使用光敏三極管作為感光元件測量周圍環(huán)境的亮度，處理器實時將周圍環(huán)境的亮度通過無線模塊反饋給控制中心，由控制中心決定是否打開路燈。電路圖如圖2.2所示。
圖2.2 光敏三極管電路圖
1.3無線模塊設(shè)計
無線通信模塊使用CC2480/ZigBee模塊，在單個芯片上集成了ZigBee射頻前端、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、定時器，支持2.4GHzIEEE802.15.4協(xié)議。CC2480/無線性能出色，功耗很低。CC2480電路圖如圖2.3所示。
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